一种火山灰时空分布预测方法、系统、电子设备及介质与流程

本发明涉及火山灰传输扩散预测领域，特别是涉及一种火山灰时空分布预测方法、系统、电子设备及介质。

背景技术：

1、火山爆发会向大气中喷发大量火山碎屑、火山气体如so2等混合物质，在大气作用下会在区域和全球尺度进行传输，从而对地表环境、空气质量、航空运输等多个方面产生较大影响。例如，火山灰和火山气体会改变大气成分组成，从而在较长时间尺度(可达数年)影响地球系统能量收支和气候系统。火山喷发引起的经济和环境效应已经越来越引起社会各界的广泛关注。

2、准确的火山灰空间分布信息是研究火山灰效应的重要前提，一般采用火山灰传输扩散(volcanic ashtransport and dispersion，vatd)模式来对火山灰大气传输扩散过程进行模拟或预测。目前世界已开发多种vatd模式，如puff(searcy等，1998)、name(jones，2007)、hysplit、ash3d、wrf-chem(stuefe等，2013)等，用来满足对输出类型、模式精度、预测可靠性等不同需求。

3、2022年1月13日开始，位于南太平洋的岛屿汤加发生了剧烈的火山喷发。此次喷发的火山是位于洪阿哈阿帕伊岛的海底火山，爆发等级为普林尼式，火山爆发指数vei指数(根据火山喷发物体积与喷发柱高度来衡量火山爆发强烈程度)介于5-6级，属于本世纪以来最强。zhang等和zuo等分别对本次汤加火山喷发进行了研究。zhang等基于1982年埃尔奇琼火山喷发指数和喷发资料，采用简单辐射平衡模式定量评估了汤加火山导致的气溶胶辐射强迫和全球平均地表温度的变化，结果表明未来1-2年全球平均地表气温约下降0.0315-0.1118℃。zuo等使用基于气候系统模式的过去千年气候模拟实验数据，发现火山爆发后次年地表冷却的幅度与火山的强度之间存在显著的准线性关系，且模式能较好地再现观测中火山爆发后的降温幅度和空间分布。在此基础上，进一步将气候模拟中历史上大型南半球火山爆发对地表温度的影响通过比例因子推算到汤加火山爆发的强度，估算得出汤加火山爆发后次年全球平均地表温度下降0.004℃。两篇文献重点聚焦汤加火山喷发带来的气候效应，研究方法均为估算方式。另外，vatd模式预测火山气溶胶浓度还存在很大不确定性，例如源项的不确定性。zidikheri等采用一种集合滤波技术，用于提升模式源项随时间变化描述能力。绝大多数vatd模式在处理火山灰源项问题时，一般将其视为一条简单的垂直直线，火山灰的排放速率视为高度的函数，仅仅依靠火山喷发的最大高度和总的排放质量作为前提约束条件。实际上，火山灰烟羽的垂直分布每次喷发过程均不相同，与喷发源项参数如火山灰粒径、喷发速率、火山口尺寸、浮力通量以及大气条件具有复杂关系，因此仅依靠火山喷发的最大高度和总的排放质量作为描述源项前提约束条件，导致模式获取的火山喷发初始时刻火山灰垂直质量分布信息不准确，从而导致火山喷发一段时间后对火山灰时空分布预测不准确。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种火山灰时空分布预测方法、系统、电子设备及介质，以提高火山喷发后对火山灰时空分布预测的准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种火山灰时空分布预测方法，包括：

4、获取火山喷发高度、粒子粒径和岩浆密度；

5、根据所述火山喷发高度和所述岩浆密度，确定不同高度层的粒子喷发质量；

6、基于所述火山喷发高度和不同高度层的所述粒子喷发质量，确定喷发质量分布图；

7、根据所述火山喷发高度、所述喷发质量分布图以及所述粒子粒径，利用拉格朗日粒子扩散模式，确定粒子的时空分布特征，从而得到火山灰时空分布图。

8、可选地，根据所述火山喷发高度和所述岩浆密度，确定不同高度层的粒子喷发质量，具体包括：

9、根据所述火山喷发高度，确定喷发岩浆的体积；

10、基于所述岩浆密度和所述喷发岩浆的体积，确定不同高度层的粒子喷发质量。

11、可选地，根据所述火山喷发高度，确定喷发岩浆的体积，具体包括：

12、利用公式h＝25.9+6.64×log10(v2)，确定喷发岩浆的体积；其中，h为火山喷发高度；v2为喷发岩浆的体积。

13、一种火山灰时空分布预测系统，包括：

14、数据获取模块，用于获取火山喷发高度、粒子粒径和岩浆密度；

15、喷发质量确定模块，用于根据所述火山喷发高度和所述岩浆密度，确定不同高度层的粒子喷发质量；

16、质量分布确定模块，用于基于所述火山喷发高度和不同高度层的所述粒子喷发质量，确定喷发质量分布图；

17、时空分布确定模块，用于根据所述火山喷发高度、所述喷发质量分布图以及所述粒子粒径，利用拉格朗日粒子扩散模式，确定粒子的时空分布特征，从而得到火山灰时空分布图。

18、一种电子设备，包括：存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的火山灰时空分布预测方法。

19、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的火山灰时空分布预测方法。

20、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

21、本发明的火山灰时空分布预测方法、系统、电子设备及介质，通过获取火山喷发高度、岩浆密度以及粒子粒径，根据火山喷发高度、岩浆密度，确定不同高度的粒子喷发质量，并确定质量分布图，结合粒子粒径，利用拉格朗日粒子扩散模式预测火山灰时空分布特征。本发明考虑了质量分布以及火山灰粒径(粒子粒径)，提高了火山喷发初始时刻火山灰垂直质量分布的准确性，进而提高了火山喷发预设时段后火山灰时空分布预测的准确性。

技术特征：

1.一种火山灰时空分布预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的火山灰时空分布预测方法，其特征在于，根据所述火山喷发高度和所述岩浆密度，确定不同高度层的粒子喷发质量，具体包括：

3.根据权利要求2所述的火山灰时空分布预测方法，其特征在于，根据所述火山喷发高度，确定喷发岩浆的体积，具体包括：

4.一种火山灰时空分布预测系统，其特征在于，包括：

5.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1-3任一项所述的火山灰时空分布预测方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的火山灰时空分布预测方法。

技术总结本发明公开一种火山灰时空分布预测方法、系统、电子设备及介质，涉及火山灰传输扩散预测领域，通过获取火山喷发高度、岩浆密度以及粒子粒径，根据火山喷发高度、岩浆密度，确定不同高度的粒子喷发质量，并确定质量分布图，结合粒子粒径，利用拉格朗日粒子扩散模式预测火山喷发的火山灰时空分布特征。本发明考虑了质量分布以及火山灰粒径，提高了火山喷发初始时刻火山灰垂直质量分布的准确性，进而提高了火山喷发后预设时段后火山灰时空分布预测的准确性。技术研发人员：宿兴涛,朱晓蕾,李亚云,安豪,邓志武,孙敬哲,杨雯受保护的技术使用者：中国人民解放军61540部队技术研发日：技术公布日：2024/10/17